水下地形测量技术

水下地形测量技术（精选十篇）

水下地形测量技术 篇1

常规RTK (GPS载波相位实时差分技术) 定位技术是差分GPS技术的一种应用。随着OTF技术的日益成熟, 整周模糊度能够在很短的时间内被精确确定, 从而保证了RTK能够在动态环境下, 获得cm级甚至mm级的水平定位精度和cm级的高程定位精度。这使得人们对GPS的应用不仅局限于平面定位方面, 而且深入到高程领域。然而随着流动站和基准站间间距的增加, 这种误差相关性将变得越来越差。轨道偏差项, 电离层延迟的残余误差项和对流层延迟的残余误差项都将迅速增加, 从而导致难以正确确定整周模糊度, 无法获得固定解;定位精度迅速下降, 当流动站和基准站间的距离大于50km时, 常规RTK的单历元解一般只能达到分米级的精度。在这种情况下为了获得高精度的定位结果就必须采取一些特殊的方法和措施, 于是网络RTK技术便应运而生了。

网络RTK技术基本原理为:在一个较大的区域内稀疏地、均匀地布设多个GPS基准站 (一般为3个或3个以上) , 对该地区构成网状覆盖。多种系统误差, 如电离层延迟、对流层延迟和轨道误差等具有较强的相关性, 因此根据多个基准站的已知误差用一定的算法可以推算或消除该区域内任何一处流动站的未知误差, 然后解算模糊度, 得到高精度的实时RTK定位结果。控制中心与用户流动站之间的通讯可分为:单向数据通讯和双向数据通讯。在单向数据通讯模式中采用广播方式, 用户流动站自己解算误差改正信息;在双向数据通讯中, 控制中心根据用户 (流动站) 送来的近似坐标 (一般可根据伪距单点定位求得) 求出流动站上的系统误差改正数, 并播发给用户用来进行修正流动站上的观测结果, 以获得流动站的精确坐标。

本项目采用WZCORS配合中海达F61型GPS双频接收机。

2 无验潮模式下GPS-RTK水下地形测量原理

随着GPS全球定位技术的不断发展, GPS实时动态测量在实时导航定位方面的应用越来越广泛。目前GPS定位中应用较多的是DGPS技术, 这是一种采用简单的码数据 (波长300m) 相位平滑的技术, 定位精度在nm级, 水下地形高程则需要通过验潮确定。对于大比例尺的水下地形测量或作业区远离陆域不便于验潮的地方, DGPS技术已难于满足要求, 而GPS实时动态相位差分 (RTK) 是一种直接应用L1和L2载波 (波长分别为19cm和24cm) 相位的GPS定位技术, 它在三维坐标上可以提供cm级的精度, 在水下地形测量中无需通过验潮确定泥面高程, 这种方法称为GPS无验潮测深。

假定参考站天线高为h1, 参考站的正常高为h2, 流动站的天线高为h3, 参考站GPS天线处的正常高和大地高分别为h4、h5, 流动站GPS天线相位中心的大地高和正常高分别为h6、h7, 换能器的瞬间高程为h8, 测点高程为h。由图中可以看出。

根据GPS差分原理, 参考站与流动站间的距离小于30km, 可认为下式成立:

根据 (1) 式有:h3+h8=h1+h2- (h5-h6) ;

则换能器的瞬间高程h8=h1+h2-h3- (h5-h6) 。换能器的瞬间高程确定后, 所测的水底点的高程就很容易求出:h=h8-测深仪所测的深度。 (如图1)

这样就实现了在水深测量中, 无需通过验潮来确定泥面高程, 这种方法称为GPS无验潮测深。众所周知, 动吃水发生在垂直方向, 在实时动态定位时, 该方向上的位移量可通过架设在船体中心上方的GPS天线相位中心的瞬间高程信息获得, 该高程减去GPS天线到换能器的垂距, 便是换能器发射面的瞬间高程, 而换能器测量的深度正是建立在该高程的基础上, 因而说, 船体的动态吃水不用专门去测定, 换能器的瞬间高程已经包含了该信息。这是无验潮测深模式所特有的, 也是相对传统方法测量精度较高的原因所在。

3 GPS RTK水下地形测量作业流程

航道普查测量时运用的GPS测量航道数据资料的硬件和软件设备一般包括:硬件设备为1-2台GPS卫星信号接收机、1台数字测深仪和1台笔记本电脑;软件设备为中海达测绘仪器有限公司提供的HaiDa380海洋测量软件和HaiDa海洋成图软件各1套。

3.1 测量前准备工作

收集与所测航道有关的地图, 准备必要的工具、绳索、吊具用来绑扎固定测深杆。测量船驾驶员要选择熟悉航道的有丰富经验的船长。另外, 要及时观测水尺或与水文站联系以获取测量时水位资料。

3.2 安装、调试及解算模式

先将测深杆按要求固定在测量船一侧, GPS接收天线放置在测深杆上方。然后将GPS卫星信号接收机、数字测深仪和笔记本电脑用数据线正确联接。调试测深仪, 设定吃水改正数, 并用测杆校对。如用差分解, 用2台GPS卫星信号接收机, 分别设置为基准站和流动站, 基准站GPS与发射电台相连, 并用手提电脑在基准站采集坐标, 然后把手提电脑拿到测量船与流动GPS连接, 流动GPS接收卫星信号和基准站电台发射信号, 进行差分记录, 精度为5mm±2ppm。如不设基准站, 只需1台GPS卫星信号接收机, 流动GPS接收卫星信号进行自主解记录, 点位精度在1m以内。

3.3 航道纵、横断面图测量

测量船沿航道中心线行驶, 速度不大于l0km/h, 纵断面与横断面点间距可根据需要设置, 一般纵断面设置为隔20m或30m记录一点, 横断面设置为2m~5m记录一点, 确定后电脑自动记录数据, 包括点位N、E坐标和水深数据。从外业软件测出的纵、横断面图结合内业软件对水深点的分析, 可方便准确地判定航道最小宽度和最小水深。

3.4 航道标志记录

在正常测量时, 电脑自动记录每一点的坐标N、E和水深数据。遇到船闸、高压电线、桥梁、码头等临跨河建筑物或地理位置时, 在GPS天线靠近或到达其下方时, 记录下点号, 并用相应符号 (图例) 在电脑屏幕显示的航迹图上的正确位置予以标记, 并可在旁边用文字加以说明。 (注意:测量时应经常对文件进行保存, 以免丢失数据。)

3.5 内业整理

在用外业软件对数据进行水深编辑、水位改正、导出水深点和航道标志、计划线、航道注记等操作后进入内业编辑。运用内业软件引入航迹线、水深点、航道标志、航道注记等。进行航迹线编辑时, 根据航迹线上标注的地物位置, 用软件提供的标尺量得相应航段的里程和确定建筑物距航段起点里程 (准确位置) , 用自动捕捉圆心和做图的方法量出航道拐弯处的弯曲半径。结合外业软件提供的航道纵、横断面图, 根据已有水文资料, 用内插法计算相应位置最高和最低设计通航水位, 根据测时水位和水深, 经计算确定出航段水深和底宽。将采集的数据填入调查表中。

4 GPS RTK水下地形测量结果验证

为验证GPS RTK水下地形测量结果, 可以选择几条航道, 将之与原有大比例尺航道测图的进行比较, 在航段起讫点有固定点位置情况下, 通过与GPS RTK测量成果相比较, 里程误差均小于5m~10m;通过GPS RTK测量航段纵横断面航道计算出的水深和宽度等与测量图纸上的数据相比较, 排除时间影响因素, 几乎一致。

综上所述, 应用GPS RTK系统进行水下地形测量, 能迅速准确地确定航道水深、里程及航标、桥梁等的具体位置, 解决了以前困扰我们的一大难题。GPS RTK系统技术先进, 功能实用、便于携带、效率高、可靠性强、完全满足水下地形测量精度要求, 还为下一步基于GIS的全国内河航道基础信息管理系统开发及GPS RTK与GIS的融合奠定了基础, 具有较好的推广和学习价值。

参考文献

[1]原大为.水下地形测量的发展趋势概述[J].黑龙江水利科技, 2005 (1) .

[2]孙仲汉.海洋自动观测仪器和平台技术 (提纲) [J].国家海洋局海洋技术研究所.

水下地形测量技术分析论文 篇2

摘要：由于城市防洪、河道整治、港口建设、海底探矿等工作的开展均要依据具体的水下地形测量数据进行，所以，提升水下地形测量的准确性和可操作性至关重要。在此背景下，在具体分析现阶段应用较为广泛的多种水下地形测量技术的基础上，结合具体项目，对其实际应用过程进行了论述，以期为水下地形测量技术的应用提供参考。

关键词：水下地形测量技术;GPS;光学定位;测深杆

水下地形测量即在对水下地质地貌进行测量的基础上，用图形和数据进行水下地形还原和描述的过程。在过去较长的一段时间内，我国水下地形测量只能通过测深锤和测深杆实现，难以保证测量的精准性，无法结合测量数据绘制地形图、断面图，严重抑制了水下工程的开展，所以，在相关技术发展的过程中，对水下地形测量技术进行优化具有重要的现实意义。

水下地形测量技术 篇3

关键字：GPS-RTK技术；技术特点；水库水下地形测量；应用

随着科技的不断进步，社会生活中各个领域都实现了技术革新。在地形测量领域，也引入了一些尖端技术，其中GPS-RTK技术就在地形测量中得到了很好地运用，尤其是在水下地形测量这种难度比较大的的测量中发挥了至关重要的作用，有效提高了水下地形测量的准确度和工作效率，给测量工作带来了极大方便。下面就对GPS-RTK技术及其在水库水下地形测量中的运用做一个简单介绍。

1.GPS-RTK技术简介

GPS-RTK技术是GPS和RTK技术的结合，GPS为我们熟知就是全球定位系统，RTK是REAL TIME KINEMATIC的简称，即实时动态差分测量。这项技术集GPS定位技术、计算机技术、无线电技术、数字通讯技术等科技于一体。这种技术可以实现高效定位，在一些较大难度的测量中可以充分显现优势。GPS主要靠卫星定位，其组成部分主要有地面监控系统和空间卫星群两部分组成，GPS的空间卫星群由24颗卫星组成，每个卫星覆盖一部分区域，最终形成了对全球的覆盖。地面监控系统主要负责接收和处理卫星传播来的信息和数据。 RTK技术是载波相位差分技术，其主要用来处理两个测站载波相位的观测量的差分，主要工作是把基准站采集到的载波相位传送给移动站，它可以进行快速运算，对相关数据进行实时运算和传输，在数据传输上具有强抗干扰性和比较高的可靠性。

2.GPS-RTK技术的特点

GPS-RTK技术具备有以往的地形测量技术不曾有的特点。首先GPS-RTK技术的一个特点就是测量准确性高，在传统的水下地形測量中采取的基本方法是极坐标定位法，这样的测量方法需要专人进行定时读水尺记录，同时还会受到通视及地球曲率的影响，测量结果会出现比较大的误差。GPS-RTK技术可以有效提高测量的准确度，其在基本工作条件满足的情况下平面精度和高程精度的测量可以达到厘米级，在实际测量时平面精度和高程精度是衡量测量准确度的基本指标，在GPS-RTK工作中，由于有全方位卫星的覆盖，在一定测量范围内其可以接收到五颗以上卫星传送的数据，极大提高了测量平面精度。在高程精度方面，GPS-RTK技术可以将误差控制在20mm之内，如果接收卫星更多一点，误差可以降至更低。

GPS-RTK技术的另一个特点是测量效率高，传统的地形测量中需要设置多个控制点并且还要不断移动测量仪器，测量效率低，测量人员的工作量也很大，而运用GPS-RTK技术可以极大提高测量效率，在一般情况下，RTK一次设站可以完成4Km半径的区域的测量，几秒钟的时间即可获得一个点的坐标，操作人员上只需一人操作即可。这项技术测量速度主要受接收卫星的质量和数量以及RTK数据链传输质量等因素影响，这些因素只要符合要求一般在几十秒的时间即可完成初始化，使测量速度有效加快。

受干扰因素少和操作方便也是其一个显著特点。传统的测量方法在对两点进行测试时需要有良好的光学通视条件，同时还会受气候、能见度、季节等因素影响，如果能见度低，传统的测量方法则不能很好展开工作，并且测量准确度也会受影响，有着较多的受限条件。GPS-RTK技术只对电磁波环境有着较高要求，只要在电磁波正常的情况下即可工作，较少受外界其他因素影响。GPS-RTK技术使用操作起来方便，数据处理上也具有高效性，RTK技术在工作中集成化和自动化程度高，测绘功能较强，在没有人工干预的情况下也可以实现多种测绘功能。这种技术在工作时测量人员可以实时获得测量结果坐标，对数据的分析转换速度也快，有效减少了人工劳动量，节约了人力。

3.GPS-RTK技术在水库水下地形测量中的应用

水库水下地形测量具有测量难度大的特点，采用传统的方法测量，会受水库周围天气、地形的影响，测量准确度不高，在上边介绍到的GPS-RTK技术中其所受限制因素较少，所以其在水库水下地形测量中就可以很好地发挥作用。

首先是测量仪器的配置，测量仪器主要由三部分组成，分别是流动站载体设备、基准站设备、软件设备，具体仪器包括双频GPS RTK接收机、测量船接收机、天线盘、成图软件、电台、三角架等，这些测量设备准备好，并且放置在相应位置，接下来便可进行水下地形实际测量操作。

其次展开测量的一系列步骤，先需要在整个水库测区布置GPS控制网，在实际测量时根据水库实际大小决定所用GPS-RTK流动站和基准站的数量。在测量工作中可以通过一台中海达测深仪进行水库水深的测量，并且利用导航软件进行定位和导航，从而获取水库深度的数据。对水库高程的测量应当加以使用全站仪，为了确保水面高程测量的准确性可以把导航然间水面高程测量结果、全站仪水面高程测量结果以及GPS-RTK所获得的水面高程数据进行对比，尽量缩小误差，使测量准确度更高。在测量过程中还应当注意潮对测量造成的影响，要定时对潮位进行测量，保障水面高程的准确性。另外在测量过程中，为了确保最终的测量结果的准确性，还需要做好一系列保障工作，要保证基准站坐标的精确度，还要保证坐标转换参数的精确度，测量环境避开功率大的无线电环境，防止电磁波对相关信息数据造成的干扰。

一系列测量及数据采集完成后就要进行数据的输入与处理，把相关数据输入计算机中，利用成图软件完成制图工作，通过一系列的编辑加工、再处理，最后输出水下地形图并且打印，形成纸质版，完成后交付相关单位。

结束语

GPS-RTK技术做为一项比较新的测量技术凭借其强大的优势已经在地形测量领域得到了很好的运用，尤其是在一些测量难度大、作业环境差的条件下对测量工作起到了关键作用。对于这项技术可以进行不断推广，扩大其适用面，使其在测量领域发挥更大的作用，为我国的经济建设服务。

参考文献：

[1]夏龙.GPS-RTK技术在水库水下地形测量中的应用[J].价值工程， 2013，（35）：212-213.

[2]吴仍武；邹时林；张威.GPS-RTK技术在水下地形测量中的应用[J].科技信息， 2013，（35）：113.

[3]章振欣.GPS-RTK技术在水下地形测量中的应用[J].浙江水利水电专科学校学报， 2009，21（02）：28-31.

水下地形测量技术 篇4

1 GPS RTK技术的工作原理

GPS的英文全称是“Global Positioning Sy stem”, 即全球定位系统, 它的工作原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知点的起算数据, 采用空间距离后方交会的方法来确定待测点的位置。传统测量方法是先通过静态、快速静态、动态测量等手段得到初步数据, 然后在进行进一步的解算来获得高精度的结果。但RTK (Real-Time Kinematic) 技术即动态实时载波相位差分技术, 是实时处理两个测点载波相位观测量的差分方法, 能够在野外实时得到厘米级的定位精度的测量方法。

在RTK作业模式下, 分为基准站和流动站, 基准站通过数据链实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标及差分改正数等用无线电传送给运动中的流动站。流动站的工作是通过数据链接收基准站发出的数据, 同时进行GPS数据采集, 在系统内组成差分观测值进行实时处理, 得到基准站和流动站坐标差△X、△Y、△H。坐标差加上基准站坐标得到每个点的WGS-84坐标, 通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H。得到厘米级定位结果, 这段过程通常耗时几秒。流动站的状态可静可动, 既可在固定的位置上完成初始化后进入动态作业, 也可在动态的条件下直接进行开机工作, 同时在动态变化的环境中完成周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后, 便可处理每个历元, 只要能保持4颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形, 流动站便可随时随地定位出厘米级精确度的结果。

2 应用GPS RTK技术水下地形测量的准备工作

2.1 构建测区GPS控制网

要想成功进行水下地形测量, 就要构建较为适宜的GPS控制网, 这种控制网要尽量覆盖测区的每一个角落, 根据D级GPS的要求进行测量, 并合理运用现有的待测区域资料, 适当地更改增减测量点, 以便于更全面地覆盖待测区域。

2.2 恰当转换坐标

平面坐标转换是将GPS测量结果转换为测区地方坐标, 一般采用二维相似转换算法, GPS测得的纬度和经度转换到地方地图投影平面, 然后再用转换参数将其转换为地方坐标。GPS测量技术得到的是WGS84坐标系的坐标。用控制点联测法求解坐标转换参数适用于当测区已有地方假定坐标系。

2.3 设定基准站位置

在设定基准站的过程中, 不仅要考虑小型障碍物的妨碍效果, 还要考虑到无线电干扰源多信号接收的影响, 例如一些大功率无线电发射台、变电站、高压输电线等, 都有可能造成GPS信号接收较差。同时, 基线的不同长度也会影响测量的精确度。因此, 通常情况下, 工作人员应选取地势较高、遮挡物较少的位置作为水下地形测量基准站。

3 GP SRTK测量的实施要点

进行测量的船只应选择平静的水域停船, 测深仪换能器安装在距船首1/3~1/2船长处。GPS接收机的架设位置要与换能器探头中心保持竖直方向上的一致, 同时将接收机与探测仪相连, 打开水深测量软件, 设定好相关数据参数。同时正确设定接收机的天线高度, 使得GPSRTK的实时高程可以替代水位高度。进行如上的设置工作后, 就不用进行水位观测, 直接凭借RTK的实时高程便可达到厘米级的测量精度。

在测量开始前先用声速仪校正测深仪, 同时每天测量前要用精确度较高的测量工具量取天线到水面的高度, 并将这些数据设定在测深仪的计算机中设定导航软件和RTK手簿中。将全站仪所测的水面高程与软件测定的水面高程、应用RTK技术测得的高度比较后, 再用测量尺进行水深测定, 经过一系列的比较后, 再开始正式的水下测量工作。

水下数据采集为每秒一组, 然后内业进行数据筛选。水面高程测定要保证精度和可靠性, 每次在水下地形测量作业的同时, 要用全站仪在岸边进行验潮。验潮工作应从水下测量的前十分钟开始, 一直到测量结束十分钟后方可结束, 中间不需要时刻观察, 但每隔十分钟要进行一次测定。水下地形测量按断面法进行布线, 断面间距100m, 断面与堤线连线垂直。计划测线覆盖整个测区。水下地形测量除按计划测线进行测量外, 还在测区测量了约75km的重合或相交测线进行水下高程比对, 经检核重合区域的高程较差不大于±10cm。

不断引用新技术、新理念才能逐步完善工程测量工作。水下地形测量工作任务重, 难度大, 因此测量结果越精确就越具有参考价值。GPSRTK技术使得水下地形测量工作变得更加准确化、简洁化, 克服了以往测量技术的很多局限性。水下地形测量工作是一项庞大的系统工程, 无论哪一种技术都需要在适应测量的基础上不断地推陈出新, 弥补现有不足, 这样才能不断精确测量结果, 提升测量工作质量。

参考文献

[1]王立强, 王立军, 马津渤.GPS-RTK技术在防波堤施工水下地形测量中的应用分析[J].港工技术, 2010, (05) :14-15.

水下地形测量技术 篇5

基于GPS技术的航道水下地形测量研究

本文基于笔者长期从事水下地形测量的相关工作经验,研究探讨了GPS技术在水下地形测量中应用,笔者首先详细阐述了CPS水下地形测量的原理及水下地形测量控制网测量方案,而后基于长期的项目实践给出了具体的`作业流程,最后概述了水下地形测量结果的验证方法,全文既是来自于多个项目的技术总结,同时笔者也进行了一定的理论提炼,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义.

作 者：路武生  作者单位：深圳市勘察测绘院有限公司,深圳,518028 刊 名：科技资讯 英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)： “”(24) 分类号：P2 关键词：GPS技术   水下地形测量   控制网   作业流程  

小议地形测量数字化技术的发展 篇6

【关键词】地形测量;数字化技术;发展

0.引言

地形测绘是研究地球局部表面形状和大小，并将其测绘成地形团的理论和技术。通过测定小范围地表高低起伏形态和地物(如建筑物、道路、耕地等)的特征点的平面位置和高程，经相应的数据处理、采用一定的测量符号按一定的比例缩绘在图纸上。从而获得与相应地面几何图形相似的地形图，为国家经济建设提供设计与施工的图纸资料。地形测量是为城市、矿区以及为各种工程提供不同比例尺的地形图，以满足城镇规划和各种经济建设的需要。 现代测绘技术因其具有自动化程度高、测图精度高、图形属性信息丰富和图形编辑方便等优点，在地形测量中已经得到了广泛的应用。本文就地形测量数字化技术的发展谈几点粗浅认识。

1.常用的地形测量技术

1.1 GPS技术

GPS即全球定位系统，20世纪70年代由美国开发，应用人造卫星所发射的讯号进行测时测距。GPS采用全球性地心坐标系统，以地球质量中心为坐标原点。具有对海、陆、空进行各个方面实时三维导航和定位本领，是一种高精度、全天候、高效率、多功能的测绘工具。

1.2 GIS技术

GIS即地理信息系统，兴起于20世纪60年代中期，在计算机软硬件支持下，将空间数据自动输入、存储、检索、运算、表现和综合研究应用。GIS是现代化办理的重要本领，更是遥感图像处理和应用的技术支撑。GIS中的数据包括：地理背景信息（外业测量数据、摄影测量数据、现有地图和各种遥感图像）；资源与环境数据（各种专题(是指某样方面的内容集中收集，就形成专题，网络上通常指游戏专题或者新闻专题)图，科学研究研究成果，各种图形和图表，航天航空图像的解译成果）；社会经济信息（人口普查、国民收入情况、工业分布及土地应用分类图表等）。

1.3 RS技术

RS即遥感技术，起源于20世纪60年代，不直接接触被分析的目标，感测目标的特征信息（一般是电磁波的反射、辐射和发射辐射），经过传输、处理，从中提取人们感兴趣的信息。遥感包括摄影、陆地、卫星、航空、航天摄影测量等技术。现代遥感技术是空间技术，是集光学、无线电、计算等相联合的一门新技术。近20年，遥感技术迅猛发展，它作为一种空间探测技术，至今已经历了地面遥感、航空遥感和航天遥感三个过程阶段。遥感技术依其波谱性质，可分为电磁波遥感技术、声学遥感技术、物理场遥感技术。遥感信息技术已从可知光发展到红外、微波，从单波段发展到多波段、多角度、多时相、多极化，从空间维扩展到时空维，从静态研究发展到动态监测。

1.4 3S的综合应用

RS为GIS提供信息源，GIS为RS提供空间数据办理和研究的技术本领（图像处理），GPS则作为GIS有力的补测、补绘本领，实现了GIS原始地图数据的实时更新。3S的综合应用充实发挥了各自的技术特征，快速准确经济地为人们提供所需的有关信息的新技术，三者紧密联合，为地形测量提供了精确的图形和数据。

1.5 RTK技术

地形测图一般是首先根据控制点加密图根控制点，然后在图根控制点上用经纬仪测图法或平板仪测图法测绘地形图。近几年发展到用全球仪和电子手簿采用地物编码的方法，利用测图软件测绘地形图。但都要求测站点与被测的周围地物地貌等碎部点之间通视，而且至少要求2-3人操作。采用RTK技术进行测图时，仅需一人背着仪器在要测的碎部点上呆上一、二秒钟并同时输入特征编码，通过电子手簿或便携微机记录，在点位精度合乎要求的情况下，把一个区域内的地形地物点位测定后回到室内或在野外，由专业测图软件可以输出所要求的地形图。用RTK技术测定点位不要求点间通视，仅需一人操作，便可完成测图工作，大大提高了测图的工作效率。

2.数字化地形测量的作业模式

地面数字测图系统，其模式主要有两种，即数字测记法模式和电子平板模式。

2.1数字测记法

数字测记法模式为野外测记，室内成图，即用全站仪测量，电子手簿记录，同时配以人工画草图和编码系统，到室内将野外测量数据从电子手簿直接传输到计算机中，再配以成图软件，根据编码系统以及参考草图编辑成图。使用的电子手簿可以是全站仪原配套的电子手簿，也可以是专门的记录手簿，或者直接利用全站仪具有的存储器和存储卡作为记录手簿。测记法成图的软件也有许多种。

2.2电子平板法

电子平板模式为野外测绘，实时显示，现场编辑成图。所谓电子平板测量，即将全站仪与装有成图软件的便携机联机，在测站上全站仪实测地形点，计算机屏幕现场显示点位和图形，并可对其进行编辑，满足测图要求后，将测量和编辑数据存盘。这样，相当于在现场就得到一张平板仪测绘的地形图，因此，无需画草图，并可在现场将测得图形和实地相对照，如果有错误和遗漏，也能得到及时纠正。

3.地形测量数字化技术的发展

3.1 3G技术及集成技术

积极普及3G技术的应用，改进3G技术中存在问题，更新3G及其集成技术测量的方法和手段，加强测量精度和准确性，使3G技术能在地形测量测绘技术领域的应用进一步扩展。全球数字摄影测量系统在GPS、GIS、RS和3S集成技术中的应用，对数码摄影测量和地形测量更加普及和深化，使测绘技术向电子化、自动化、数字化方向发展。

3.2测绘软件及数据库的更新

加强地形测量数字化测绘软件的研发，使测绘软件系统更加高效、灵活和功能齐全，使测绘软件技术在地形测量中起到了相当重要的作用。更新完善信息数据库，将采集的测量数据转换直接进入信息数据库，数据管理查询方便，数据共享，实现全球数据更新和扩展空间基础信息系统的动态管理，实现测量数据的管理科学化、标准化、信息化，實现测绘数据的传输网络化、多样化、社会化，使测绘技术走向自动化，实时化，数字化。

3.3人工智能和专家系统

随着计算机技术的发展和测绘技术与相关学科的交叉、综合，人工智能和专家系统在测绘技术中有着广泛的应用前景。计算机利用专家知识模拟人脑思维进行推理，从事智能化的数据、图形处理和信息管理工作，极大地提高工作效率，使测绘技术向自动化、智能化发展。 全球定位系统(GPS)、数字摄影测量系统(DPS)、遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和专家系统(ES)这5S技术的发展和相互结合，专家系统在其中发挥着重要的作用，专家系统对整个测量流程进行控制，并执行相应的推理、分析和处理工作，并可实现信息资源共享，实时动态监测诊断，提高效率和质量，是测绘技术通向实时、自动、智能测量系统的关键。

4.结束语

综上所述，数字化地形测量是一种全解析的计算机辅助测量方法，具有明显的优越性和广阔的发展前景。它将成为地理信息系统的重要组成部分。这种模式正在替代而且必将完全替代传统的大平板仪地形测量，成为地形测量的主流模式，促进地形测绘工作有序、稳健发展。

【参考文献】

［１］谭志光.地形测量新方法的应用[J].建筑知识：学术刊,2011,11.

［２］祝远华.RTK在地形测量中的实际应用探讨[J].科技与生活,2011,19.

［３］张楠.浅议地形测量和测绘技术及自动化技术[J].中国新技术新产品,2011,21.

水下地形测量技术 篇7

关键词：RTK,无验潮,水下地形测量,原理

1 RTK技术

差分GPS (DGPS) 是最近几年发展起来的一种新的测量方法。实时动态 (Real Time Kinematic简称RTK) 测量技术, 也称载波相位差分技术, 是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术, 它是GPS测量技术发展中的一个新突破。实时动态测量的基本思想是, 在基准站上安置一台GPS接收机, 对所有可见GPS卫星进行连续地观测, 并将其观测数据, 通过无线电传输设备, 实时地发送给用户观测站。在流动站上, GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时, 通过无线电接收设备, 接收基准站传输的观测数据, 然后根据相对定位的原理, 实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。

2 无验潮模式下水下地形测量原理

随着GPS全球定位技术的不断发展, GPS实时动态测量在实时导航定位方面的应用越来越广泛。目前GPS定位中应用较多的是DGPS技术, 这是一种采用简单的码数据 (波长300m) 相位平滑的技术, 定位精度在nm级, 水下地形高程则需要通过验潮确定。对于大比例尺的水下地形测量或作业区远离陆域不便于验潮的地方, DGPS技术已难于满足要求, 而GPS实时动态相位差分 (RTK) 是一种直接应用L1和L2载波 (波长分别为19cm和24cm) 相位的GPS定位技术, 它在三维坐标上可以提供cm级的精度, 在水下地形测量中无需通过验潮确定泥面高程, 这种方法称为GPS无验潮测深。

假定参考站天线高为h1, 参考站的正常高为h2, 流动站的天线高为h3, 参考站GPS天线处的正常高和大地高分别为h4、h5, 流动站GPS天线相位中心的大地高和正常高分别为h6、h7, 换能器的瞬间高程为h8, 测点高程为h。由图中可以看出。

根据GPS差分原理, 参考站与流动站间的距离小于30km, 可认为下式成立:

根据 (1) 式有:h3+h8=h1+h2- (h5-h6) ;

则换能器的瞬间高程h8=h1+h2-h3- (h5-h6) 。换能器的瞬间高程确定后, 所测的水底点的高程就很容易求出:h=h8-测深仪所测的深度 (图1) 。

这样就实现了在水深测量中, 无需通过验潮来确定泥面高程, 这种方法称为GPS无验潮测深。众所周知, 动吃水发生在垂直方向, 在实时动态定位时, 该方向上的位移量可通过架设在船体中心上方的GPS天线相位中心的瞬间高程信息获得, 该高程减去GPS天线到换能器的垂距, 便是换能器发射面的瞬间高程, 而换能器测量的深度正是建立在该高程的基础上, 因而说, 船体的动态吃水不用专门去测定, 换能器的瞬间高程已经包含了该信息。这是无验潮测深模式所特有的, 也是相对传统方法测量精度较高的原因所在。

3 基本作业步骤研究

水下地形测量的作业系统主要由GPS接收机 (南方GPS) 、数字化测深仪、数据通信链和便携式计算机及相关软件 (南方CASS7.1成图系统) 等组成。测量作业分三步来进行, 即测前的准备、外业的数据采集测量作业和数据的后处理形成成果输出。

3.1 测前的准备

(1) 求转换参数。

(1) 将GPS基准站架设在已知点A上, 设置好参考坐标系、投影参数、差分电文数据格式、发射间隔及最大卫星使用数, 关闭转换参数和七参数, 输入基准站坐标 (该点的单点84坐标) 后设置为基准站。 (2) 将GPS移动站架设在已知点B上, 设置好参考坐标系、投影参数、差分电文数据格式、接收间隔, 关闭转换参数和七参数后, 求得该点的崮定解 (84坐标) 。 (3) 通过A、B两点的84坐标及当地坐标, 求得转换参数。

(2) 建立任务, 设置好坐标系、投影、一级变换及图定义。

(3) 作计划线。如果已经有了测量断面就要重新布设, 但可以根据需要进行加密。

3.2 安装调试

(1) 架设基准站在求转换参数时架设的基准点上, 且坐标不变。 (2) 将GPS接收机、数字化测深仪和便携机等连接好后, 打开电源。设置好记录设置、定位仪和测深仪接口、接收数据格式、测深仪配置、天线偏差改正及延迟校正后, 就可以进行测量工作了。

3.3 航道纵、横断面图测量

测量船沿航道中心线行驶, 速度不大于10km/h, 纵断面与横断面点间距可根据需要设置, 一般纵断面设置为隔20m或30m记录一点, 横断面设置为2m～5m记录一点, 确定后电脑自动记录数据, 包括点位N, E坐标和水深数据。从外业软件测出的纵、横断面图结合内业软件对水深点的分析, 可方便准确地判定航道最小宽度和最小水深。

3.4 航道标志记录

在正常测量时, 电脑自动记录每一点的坐标N, E和水深数据。遇到船闸、高压电线、桥梁、码头等临跨河建筑物或地理位置时, 在GPS天线靠近或到达其下方时, 记录下点号, 并用相应符号 (图例) 在电脑屏幕显示的航迹图上的正确位置予以标记, 并可在旁边用文字加以说明。 (注意:测量时应经常对文件进行保存, 以免丢失数据。) 。

3.5 内业整理

在用外业软件对数据进行水深编辑、水位改正、导出水深点和航道标志、计划线、航道注记等操作后进入内业编辑。运用内业软件引入航迹线、水深点、航道标志、航道注记等。进行航迹线编辑时, 根据航迹线上标注的地物位置, 用软件提供的标尺量得相应航段的里程和确定建筑物距航段起点里程 (准确位置) , 用自动捕捉圆心和做图的方法量出航道拐弯处的弯曲半径。结合外业软件提供的航道纵、横断面图, 根据已有水文资料, 用内插法计算相应位置最高和最低设计通航水位, 根据测时水位和水深, 经计算确定出航段水深和底宽。将采集的数据填入调查表中。

4 影响水下地形测量精度的几种因素及相应对策

4.1 水下地形点高程的误差主要来源

(1) 仪器误差:GPS接收机和测深仪精度。 (2) 转换误差:由于实时相位差分得到的是WGS84坐标下的高程, 属于大地高程系统, 如工程采用其他高程系统, 这就需要把测得的大地高程转换成相应高程。 (3) 其他误差:如动吃水、风浪造成的测深船起伏和摇摆等。由于GPS天线与测深仪换能器之间为一固定值, 因此测深船的垂直起伏不会给水下地形测量精度带来影响, 如动吃水、波浪等影响可以消除。在实际的使用无验潮方式进行水下地形测量时, 测量结果精度会由于船体的摇摆、采样速率、同步时差及RTK高程的可靠性等因素造成的误差的影响, 这些误差远远大于RTK定位误差, 从而成为无验潮方式水下地形测量精度提高的瓶颈因素。

4.2 船体摇摆姿态的修正

船的姿态可用电磁式姿态仪进行修正, 修正包括位置的修正和高程的修正。姿态仪可输出船的航向、横摆、纵摆等参数通过专用的测量软件接入进行修正。

4.3 采样速率和延迟造成的误差

GPS定位输出的更新率将直接影响到瞬时采集的精度和密度。现在大多数GPS-RTK都可以最高输出率达20Hz, 而测深仪的输出速度各种品牌差别很大, 数据输出的延迟也各不相同。因此, 定位数据的定位时刻和水深数据的测量时刻的时间差造成定位延迟。对于这项误差可以在延迟校正中加以修正, 修正量可在斜坡上往返测量结果计算得到, 也可以采用以往的经验数据。

4.4 RTK高程可靠性的问题

RTK高程用于测量水深, 其可信度问题是倍受关注的问题。在作业之前可以把使用RTK测量的水位与人工观测的水位进行比较, 判断起可靠性, 实践证明RTK高程是可靠的。为了确保作业无误, 可从采集的数据中提取高程信息绘制水位曲线 (由专用软件自动完成) 。根据曲线的圆滑程度来分析RTK高程有没有产生个别跳点, 然后使用圆滑修正的方法来改善个别错误的点。

5 作业时应注意的问题

(1) 因为RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术, RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据 (伪距观测值, 相位观测值) 及已知数据传输给流动站接收机。所以: (1) 电台天线要尽量高。如果距离较远, 则要使用高增益天线;否则将影响到作业距离。 (2) 电源电量要充足, 否则也将影响到作业距离。 (2) 设站时要限制最大卫星使用数, 一般为8颗。如果太多, 则影响作业距离;太少, 则影响RTK初始化。 (3) 如果不是使用七参数, 则在设置基准站时要使Transforill To WGS84 (转换到WGS84坐标系) 处于off (关闭) 状态。 (4) 如果使用七参数, 则△x、△Y、AZ都小于±100较好, 否则重求。 (5) 在求转换参数前, 要使参数转换和七参数关闭。 (6) 在RTK作业模式下, 基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据, 还要采集GPS观测数据, 并在系统内组成差分观测值进行实时处理, 同时给出厘米级定位结果, 历时不到一秒钟。基准站和移动站必须要保持四颗以上相同卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形, 则流动站可随时给出厘米级定位结果;所以有时偶尔RTK没有固定解也是很正常的。

参考文献

[1]单孝仲.RTK定位技术在送电线路测量中的应用[J].科技资讯, 2009 (11) .

[2]郝保诚.无控制点的条件下用RTK定线定位[J].科技资讯, 2010 (6) .

水下地形测量技术 篇8

关键词：深水围堰,全息地形测量,基坑,钻孔桩

随着国家桥梁建设的蓬勃发展, 适用于深水区域基础施工的双壁围堰施工技术得到了广泛应用。我国跨江、海桥梁均大规模采用了双壁围堰作为水深急流区域桥梁基础施工的外围结构。中铁三局集团公司承建的新建怀邵衡铁路湘江特大桥以连续梁结构跨越湘江, 主跨27#~33#墩采用12 根φ2.2 m的钻孔桩, 承台采用矩形双层承台, 下层尺寸为21 m×15.2 m, 高为3 m, 上层尺寸为15 m×9 m, 高为3 m。湘江特大桥水中承台28#~32#墩均为低桩承台, 嵌入弱风化岩层, 墩位处河床几乎无覆盖层。其中, 29#墩位处水深为20 m, 承台伸入岩层8 m。

根据水文、地质等因素进行综合方案比选后, 决定采用双壁钢围堰进行施工, 围堰下沉到位后进行钻孔桩施工。围堰施工前, 需要对水下河床地形进行准确测量, 并进行水下爆破;爆破清渣完成后, 需测量基坑深度和平面尺寸, 以确定其是否满足要求。墩位处水下河床地形和爆破完成后的基坑验收测量均采用了“深水围堰基坑水下爆破高精度全息地形测量施工技术”。利用回声探测技术手段, 成功解决了传统测深锤和测深杆测量精度低的问题, 有效提高了深水围堰基坑施工的测量精度。

1 概述

1.1 施工特点

具体的施工特点有以下3 点: (1) 采用回声探测技术, 实现了深水围堰范围内的地形全息探测, 为爆破施工和基坑验收提供了有效的数据支持。 (2) 测量精度高。高程定位精度控制的偏差在±2 cm+0.1%h以内。 (3) 弥补了传统人工测深锤和测深杆测量速度慢、精度低、数据处理复杂等缺陷, 测量作业安全性高、信息化程度高, 科实现数据采集、分析自动化。

1.2 适用范围

本项施工技术适用于跨江、河等深水围堰基础施工中得河床地形测量, 也适用于一般的深水基础水下测量和施工定位。

1.3 工艺原理

高程测量利用回声探测原理, 经探头发射声波在水中传播, 声波在水底反射回到探头被接收, 根据测得的声波的往返时间及其在水中的传播波速计算河床面的高程, 从而得水下地形三维测量数据。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1 所示。

2.2 操作要点

2.2.1 施工准备

根据《中华人民共和国水上水下施工作业通航安全管理规定》《中华人民共和国海事行政许可条件规定》中的要求, 施工前应与水利、航道、海事等相关部门对接, 完成水中施工专项方案的编制和报批工作, 并办理水中爆破、海事、航道等施工许可证, 从而为开展水下施工作业提供先决条件。

2.2.2 桥梁控制网的布设和测量

在江岸两侧布设桥梁控制网, 高程控制网点与平面控制网点共用点位。根据控制网的等级要求, 按照一定的精度测量控制网点, 精密平差后形成桥梁控制网, 从而为全息地形测量提供平面和高程控制依据。

2.2.3 水下河床地形测量

2.2.3.1 测量线路和测量范围

为了能采集到围堰区域及其附近的地形数据, 结合测深仪的机动性、工作效率、通航、地形等因素, 在测量前设计了测量线路和测量范围, 包括测量的主要路线、密度、方向等。根据测深仪的工作频率, 桥位线路方向的测量密度为1.5~2.0 m, 横向精度为3.5~4.0 m。围堰单侧外12 m的区域内测量范围, 纵向为线路方向全部测量。

2.2.3.2 河床地形的测量

在测量河床地形前, 先用GPS对点, 将GPS架设在岸边桥梁控制网任一网点进行校核;校核完毕后, 用水准仪测出水面标高, 将GPS安装至中海达HD-370 测深仪的连接杆上, 将二者的数据线相连, 并插入U盘储存数据;连接完成后, 设置测深仪吃水深度和探测头标高, 开始测量河床地形;将测量仪器搭载至机动舟上, 从而测量河床地形;在测量时, 测量人员根据既定点位指挥机动舟移动, 保证按照原定测量密度对河床地形进行测量。

2.2.4 数据的整理和分析

河床地形按照原定密度测量完毕后, 将测量数据储存至U盘;将U盘拔出连接至电脑, 利用测深仪数据分析软件将测量数据转换成文本格式, 内容包括点号、坐标、河床底高程;将文本格式转换成表格格式, 利用南方CASSR软件将测量数据导入CAD中, 形成测量河床地形图形, 图形包括点位和高程。

2.2.5 爆破设计与施工

2.2.5.1 爆破深度及范围设计

河床地形图绘制完毕后, 根据设计文件计算爆破深度和爆破范围;爆破基坑坡比按1∶1 设计, 基坑底比围堰外侧宽出1 m;将爆破范围绘制在河床地形图上, 并计算爆破基坑坐标。为了保证后续清渣施工的质量, 爆破深度应比围堰设计底标高深1.0 m, 从而为围堰着床及护筒埋设提供条件。

2.2.5.2 爆破施工

根据以往的施工经验, 钻孔爆破采用工效较高、性能良好的CQ100 型航道潜孔钻机船, 钻孔孔位采用全站仪或GPS直接测定, 并利用钻机船抛设的主缆和横缆移动船位和调整孔位。在孔位上测量水深时, 根据施工水位高程和设计河底高程计算岩层的厚度, 从而确定钻孔深度。由于施工是在固定的爆破平台上进行的, 所以, 不需考虑水流和风浪的影响, 在平台上用GPS确定孔位即可。为了防止水流钻杆影响钻孔位置, 在钻爆孔位下放置了液压固定套管, 并复核了孔位平面位置;复核无误后, 利用潜孔钻机进行了钻孔施工, 孔位钻孔采用大功率空压机对钻孔打压, 从而保证钻渣及时排出, 加快成孔速度;钻孔完成后, 复核孔深和孔位, 放置炸药进行爆破, 爆破选用质量稳定、防水性能好的乳胶炸药和电雷管, 并做好爆破器材的抗压、防水工作。

此外, 在埋设炸药时, 应做到以下3 点: (1) 装药到底, 保证底部不出现石坎; (2) 装药位置符合设计要求, 尤其是在硬岩中装药时的位置必须准确; (3) 为了避免因爆破而产生的地震波和水下冲击波对周围环境造成影响, 本工程采用了单孔分段延期微差起爆技术, 延爆时间不短于50 ms, 且控制了最大起爆药量。

2.2.6 清渣

整体基坑爆破完成后, 利用GPS进行抓渣船定位, 每个墩位利用抓斗由桩位中心向外围进行清挖, 清挖出的石渣放至到泥驳船上, 由其运输至指定地点。

2.2.7 基坑底验收

在抓渣过程中, 利用测绳初步测量抓渣后的基坑深度;全部清理完成后, 利用测深仪和GPS验收水下基坑, 测量方法与河床地形的测量方法相同, 测量范围为基坑外围以内, 测量精度为每点间距0.5 m。

2.2.8 基坑定位修正

数据采集完毕后, 绘制CAD图形, 利用分析软件确定抓渣未到深度的位置, 并重新补抓;再次验收, 直至合格后开始下一个基坑的施工。

3 结束语

浅析水下地形测量中存在的问题 篇9

水下地形测量对水文工作的贡献是不可磨灭的,因此,精确测量以及高效的应用是水文工作者始终坚持的基本原则。水下资源的开发是当今时代发展的呼声,面临着严重的资源短缺危机,人们对新能源的渴望高于开发可循环资源,因为相比之下,如果找到新的燃料,将更能满足人们目前的需要,以解资源短缺之急,而后便可放心地开发可再生资源,避免许多技术漏洞,检测出新技术的弊端并加以修改。因此,水下地形测量工作的开展应具有高度的时效性和精准度,以满足实际工作的需要。

在开展水下地形测量工作时,经常遇到需要绘图、计算等工作,但由于水下测量的难度大、困难相对较多的情况,绘制的图纸往往存在误差,这是水下地形测量应该注意的问题。对于任何形式的测量,在绘图时都会产生相对误差,这是无法避免的。水下地形测量要求具有时效性,因此测量数据须在一定日期内有效,超出日期范围则需重新测量,因为时间过长会导致水下地形发生变化。此外,水下地形测量还需具有高效性,以缩短测绘时间,实现高效可靠。在定位时,相关规范要求水下地形的测绘图误差是图上保持在1.5mm范围内,平坦地质可在2mm范围内波动。定位精度则通过使用不同的比例尺,得到测图和测区的范围、水流流速、海底深度等情况的具体测量结果,并结合现有的仪器设备、人员技术储备,选用定制不同的测量方案,将其测量结果加以比对、分析,最后得出较为精确的结果。

断面索法是水下地形测量精度较高的一种方法,先对预先设置完备的横跨河道两岸的悬空断面索上进行标记,通过经纬仪对该标记进行测量,得到个点的位置。测量水深也可使用此方法,步骤相同。经纬仪既不会受到水流流动产生的波动的影响,定位的精确度也是相对较高旳。但其存在的问题是效益低下，在预先设定悬空断面索上的标记时就已耗费一定的人力物力，消耗一定的资金。因此该方法一般只用于水流湍急、难于驾船的山区河道的测量,平原河道或沿海水域并不会采用此种方法。大平板仪或经纬仪视距法与测陆地地形时一样,采用极坐标法定位十分快捷方便,可以及时展点上图,随测随绘。

GPS实时相位分差,即RTK技术,是以载波相法观测为根据的实时差分GPS测量技术,它是测量技术与数据传输相结合而形成的测量系统。将一台接收机固定在已知点上作为基准站使用,其他接收机安置在运动载体上做流动站,同时观测卫星。基准站把接收到的所有卫星信息都通过通讯系统传输到流动站。流动站本身在接收卫星数据的同时,也接收基准站传来的卫星数据,在流动站完成初始化后,把接收到的基准站信息传送到控制器内,一般采用计算机,由控制器实时计算出点位位置并显示出来。测量过程中,GPS流动站要保持RTK的固定解,因此流动站和参考站可以跟踪到相同的卫星必须四颗以上。在有遮挡物影响信号接收或其他信号干扰时可以通过升高GPS对中杆,调高参考站电台发射功率等方式增强信号。

通过长时间的工作实践,技术人员已掌握一套成熟的水下地形测量数据采集、处理以及成图技术的相关技术。该技术的要点主要体现在:采用GPS技术,在相应软件的支持下,指挥测量人员进行测量工作,由计算机自动同步采集坐标值和水深值;利用软件对水深值的系统误差,尤其是粗差进行处理,得到相对可靠的值;在相应的软件支持下,形成等高线进行水下地形图的绘制,并按要求输出不同比例。

目前采用的水下测量软件都是相互独立编制,操作过程中有时会产生其他问题干扰测量结果,使用不方便。尤其是在对数据的应用分析方法缺乏研究,因此还需在实践中不断分析与完善。

水下地形测量工作既考验当前掌握的科技水平,同时也是对工作人员工作态度的考察。对于水下工作,尤为需要注意的是操作方法,稍有不慎便会造成很大程度上的偏差。有时往往是一个极小的偏差,便会给水下工作带来巨大的影响,甚至会影响整个工程的质量和完工的时间。另外,对于已掌握的技术,应在实践中不断完善,找到其不足点,对存在的问题加以分析,了解真正的问题所在,从而更好地应用到实践中去。与此同时,还应研究新的方法,避免旧的问题再次出现，使得水下地形测量工作精准、高效、有序的进行。

摘要：本研究对水下地形测量工作中存在的几个具体而又不可忽视的问题加以总结,以期在今后的工作中能够及时避免错误,并钻研出更好的测量方法。

关键词：水下地形,地形测量,测量方法,存在的问题,误差分析

参考文献

[1]郭文伟.水运工程测量手册[K].北京:人民交通出版社,2001.

水下地形测量技术 篇10

在海上地形测量中, 按照常规的做法是先在测区内布设平面、高程控制点, 根据测区大小确定验潮站的数量及位置。外业数据采集时采用单基站RTK GPS、测深仪并通过水上测量软件向电脑发送同步数据, 此间所设验潮站同时观测水位, 以供后处理时计算各采集点正高之用。由于该方法验潮工作量大且后处理时计算各采集点正高时的水位是通过内插求得, 造成测量数据误差较大, 而应用JSCORS结合测深仪就可解决以上问题。本文所述的测量方法是在水下地形测量中, 将GPS天线和测深仪换能器中心布置位于船上同一铅垂线上, 并量取天线高 (GPS天线至水面的距离) 和换能器插入水中的长度, 并分别在GPS和测深仪中设置。GPS和测深仪在船行驶中同步采集数据。在数据后处理综合改正输出中不再进行验潮站改正, 输出成果文件中的各采集点高程是GPS测得的高程 (即采集点处水位) 减去对应测深仪实测水深计算而得。

2 JSCORS简介

JSCORS全称为江苏省全球导航卫星连续运行参考站综合服务系统, 由62个GNSS连续运行参考站组成, 向江苏省及周边地区提供高精度、高时空分辨率、高效率、高覆盖率的全球导航卫星系统综合信息服务。自2006年底开始运行, 系统可实现江苏省高精度三维坐标信息的快速实时获取。经相关权威部门测试, 该系统平面实时定位精度优于±3cm, 高程实时定位精度优于±5cm;事后处理可实现毫米级精密定位精度, 其中平面优于±3mm, 高程优于±5mm, 具有操作简便、成本低、精度高、实时性强、覆盖率广等优点, 在江苏省正逐步取代传统单基站RTK测量方法。

3 测量方法

水下地形数据采集。与传统的水上测量方法相同, 先在测区范围内布设控制点, 采用JSCORS采集控制点平面及高程坐标, 设置坐标转换参数, 布置水上测量范围, 根据测量精度需要布置计划线和数据采集方式 (如按测点间隔距离采集或按间隔时间采集) , 分别连接测量GPS和测深仪, 即可按照之前所布设的计划线航行采集地形数据。

数据后处理。所测地形数据一般格式设置为“点名, 点号, 东坐标, 北坐标, 高程”, 在船只航行中的波浪涌动常常会出现测深仪换能器露出水面的情况, 这样记录的高程数据失真, 如出现这种情况应将个别高程突出点删除。记录的数据不再进行验潮站水位改正, 直接在成图软件中处理, 数据栅格化、绘制等高线等。

4 与单基站RTK水下地形测量误差分析

水下测量定位常采用单基站RTK (实时动态差分) 作为平面定位手段, RTK定位时要求在岸上设置基准站接收机, 船上设置流动站接收机基准站实时地把观测数据 (伪距观测值, 相位观测值) 及已知数据传输给流动站进行定位, 数据传输量比较大。在船上用回声测深仪作为测深手段, 测深仪根据水位面的高程来反算水底点高程, 通过这种方法计算出水底点的三维坐标。RTK水下地形测量数据后处理时, 必须在测区范围内布置验潮站, 而且要将各验潮站位置坐标和包含数据采集时间段的验潮水位输入到后处理潮位数据文件中, 如有多个验潮站要分别建立, 在综合改正输出中要进行验潮站改正, 改正的原理是根据采集点与各验潮站的位置关系用各验潮站对应时刻的水位 (验潮站无实测水位根据时间用直线插补的方法计算) , 采用直线插补的方法计算采集点处实时水位。各采集点高程是由计算水位减去此处测深仪实测水深计算而得。

由此可知单基站RTK在水下地形测量中正高的误差源主要有 (这里假定水深测量无误差, 下同) :1) 验潮站无实测水位根据时间用直线插补的计算误差。在潮水河或近海作业时如高、低潮出现附近水位加测密度不够, 其误差相对较大, 因为其水位变化随时间变化是非直线变化的;2) 采集点水位是依据各验潮站和采集点位置关系用直线插补的方法计算而得, 由于一般情况下, 水面为曲面而非平面。如作业区地处近海旋转流区域或作业区边界未布设验潮站时, 误差是可想而知的。RTKRTK

5 结论

应用JSCORS水下地形测量有操作简便、成本低、精度高、实时性强、覆盖率广等优点, 仪器输入的数据即为数据后处理使需的数据, 减少了测量的中间环节, 测量中出现的失误能够得到及时的纠正, 避免事后出现返工的现象。在江苏省正逐步取代传统单基站RTK技术, 被越来越多的测量用户所接受。

但其也有一些在今后仪器发展中需要弥补的不足, 如1) 系统集成度不高, 测量用GPS与JSCORS是分开的, 需要通过线缆或者使用无线蓝牙设备相连接, 在野外测量需要仪器尽可能集成, 这样方便携带, 而且易于迅速展开测量工作;2) 系统依赖于网络信号质量的稳定, JSCORS模块与参考站之间需要大数据量GPRS通信, 在野外无线移动网覆盖并不十分理想的情况下, 数据通信中常常会出现信号中断的现象, 需要重新登录系统, 拖延野外测量时间。

参考文献

[1]黄俊华, 陈文森.连续运行卫星定位综合服务系统 (CORS) 建设与应用.科学出版社, 2009.